全球半导体市场约5800亿美元
4万片/月晶圆厂约需2000台干泵（约15万元/台）与500台分子泵
干泵规模占半导体设备销售额3%~4%
预测2025年全球半导体真空泵需求达217亿元
2023年国内光伏新增装机100GW，全球280-330GW
每GW需要约160台干式真空泵
新能源及储能快速发展，锂电池产线数量大幅增长
国产化替代需求驱动近百亿市场
2022年Atlas真空技术部门收入约36.8亿美元，利润率21.6%。产品谱系齐全：油旋片、干泵、分子泵、液环泵、减排和综合系统、低温泵。Edwards被Atlas收购，说明干泵领域的全球竞争格局正在加速整合。
开发多种螺杆转子型线生成方法，提出变指数转子型线，优化转子型线结构形式，实现型线的精确生成与修正，提升容积利用率和密封性能。
研究不同螺杆变距规律对性能的影响，建立变距规律带来的加工与热力性能差异的定量分析方法，构建螺杆轴向几何结构的系统化控制框架。
首次构建锥形变螺距螺杆结构生成数学模型，创新提出变指数转子型线。该技术独辟蹊径，突破了传统等截面螺杆的局限，可实现转子容积从吸气端到排气端的连续变化，指导新一代高性能锥形变螺距干式螺杆真空泵产品开发。
建立基于腔模型的稀薄气体状态描述方法，构建热阻网络表征部件温度场，引入流-热-固耦合机制。通过迭代解耦方法实现干泵工作热物理过程的完整模拟，突破现有仿真手段无法描述干泵热物理过程流-热-固耦合机制的瓶颈。
解析干泵内部气体泄漏换热路径，揭示间隙结构变化规律；提出干泵强化冷却结构设计方案，制定间隙非均匀布置策略。
阐明螺杆转子型线与变螺距规律对工作过程的影响规律，制定转子型线与变螺距规律优化设计策略。
建立干泵转子动力学模型，解析干泵驱动、传动与支撑部件载荷特性，指导电机设计、齿轮校核、轴承选配与转速选取。
建立转子快速高精度加工理论分析与刃形刀路求解数学模型，开发通用车铣复合机床刀路设计方法，指导干泵转子成型加工与编程优化。
| 型线类型 | 结构特点 | 优势 |
|---|---|---|
| 圆弧型 | 典型两段式结构 | 加工简便，应用广泛 |
| 渐开线型 | 典型两段式结构 | 密封性好，效率较高 |
| 摆线型 | 典型两段式结构 | 多种变种多段式设计 |
| 正-逆向型线 | 基于啮合线修正的新型设计 | 容积效率和绝热效率综合提升约2% |
提出正-逆向型线设计方法，通过啮合线修正型线实现罗茨真空泵容积效率和绝热效率的提升，综合提升约2%。该方法为罗茨泵型线设计提供了新的理论框架和优化路径。
罗茨真空泵的运行包括启动 - 冷态运行 - 热态运行 - 停机全过程，不同阶段具有不同的运行特点和热动力性能。热态运行卡转是罗茨真空泵常见的运行故障。
实现了启动阶段罗茨真空泵及其电机的性能模拟与计算，研究转速提升对罗茨真空泵性能的影响，分析不同初设转速和压力工况的瞬态性能变化。
实现了冷态运行阶段的抽气性能和热力性能计算，开发了冷态零流量压缩比计算软件，完成不同参数敏感性分析和压缩比拟合。
通过龙格库塔方法实现气体压力和温度的模拟计算，通过固体稳态热数值计算模型实现固体部件和润滑油温度场的模拟，研究不同压力工况下的热态性能。
模拟计算定频运行过程中突然加载造成的过电压失速运行，变频器频率降低防止电机过电压超载运行的策略分析。
在中高真空工况下，基于气体分子运动的DSMC方法适用于罗茨真空泵的流场流动计算，可准确描述分子流和过渡流区域的气体行为。
在低真空工况下，基于网格数值计算方法的CFD方法适用于罗茨真空泵流场运动计算，可精确描述粘滞流区域的流动特性。
研究机壳和转子热变形计算，分析齿尖间隙、齿顶间隙和端面间隙在不同工况下的变化规律。排气侧温度较高，整体呈现不均匀分布特点。当罗茨泵温度过高，转子和机壳热变形过大，转子卡转是常见故障。基于热变形计算为设计提供有效参考。
建立不同压力工况下的综合能耗评估模拟方法，实现电机、真空泵等具体部件的能耗模拟评估，完成罗茨真空泵变工况性能的计算分析。
基于CFD方法的多级罗茨真空泵流场仿真分析，开发多级罗茨真空泵的设计方法与制造技术。多级罗茨结构可在半导体严苛工艺中提供更高的压缩比和更宽的运行范围。
强泄漏高温升大形变稀薄气体压缩热物理过程的流-热-固耦合机理
描述稀薄气体状态，实现多流态泄漏流动计算
表征部件温度场，引入流-热-固耦合机制
流-热-固耦合迭代求解，线性热膨胀假设
全工况性能实验测试台验证仿真结果
解析干泵内部气体泄漏换热路径
揭示间隙结构变化规律
提出强化冷却结构设计方案
制定间隙非均匀布置策略
阐明转子型线与变螺距规律对工作过程的影响
建立转子动力学模型
解析驱动、传动与支撑部件载荷特性
指导电机设计、齿轮校核、轴承选配
涵盖螺杆转子型线、变螺距结构、锥形转子、内啮合转子、扭叶罗茨转子、爪式泵转子等多种创新设计，从基础理论到关键技术实现全面自主可控。
异形螺杆持续创新：锥形变螺距、变截面型线的进一步优化与产品化
多级组合泵技术：螺杆+罗茨组合方案实现全工况高效运行
智能化间隙调控：基于实时热变形监测的间隙自适应控制
半导体严苛工艺适配：耐颗粒、耐腐蚀、防卡转的专用设计
全过程数字孪生：从启动到热态运行的全工况仿真与预测
高性能低成本制造：车铣复合加工工艺优化与规模化
国产化替代加速：从6%国产化率向更高目标突破
跨领域应用拓展：光伏、锂电、核用等多场景适配
基于车用压缩机关键技术研究
制冷量2.5~8.0kW，转速1000~9000rpm，瞬间最高12000rpm，支持三角循环制热和电池直冷。
单缸两级无油结构，解决噪音大/寿命短/充气慢问题，增压充气模式设计，含电磁及压力控制阀。
PSA/VPSA系统，真空压缩一体机，无油涡旋结构，排气压力11.5Bar(G)，流量400L/min。
R410A/50m³/h，90CC大排量，3D涡旋外径减小17%、体积减小35%、重量降低26%。
覆盖15~90CC排量，几何模型→腔室模型→仿真→实验完整路线。DLC镀膜、含油量影响、FSI仿真、DPM油分优化、IGBT散热。
对标三菱e-3Dscroll，研究阶梯式/渐变式变齿高。解决阶梯泄漏、间隙分布、容积变化，流热固耦合变形分析。
应对基加利修正案，7大方向全覆盖：架构→热力学→NVH→控制→模块→台架→整车CLTC验证。
14kW制冷量，总压比7.64，等压比分配每级2.76。一级160CC吸气，二级65CC，R410A，COP≥1.9。
R290 GWP≈3，制冷制热均衡，需突破可燃性安全管控和低充注设计。
体积减小35%、重量降低26%，随泄漏控制技术成熟将加速量产。
PTC二合一、集成逆变器、悬浮动盘，控制器热管理耦合设计。
流-热-固-磁瞬态耦合，数字孪生驱动实时性能预测与优化。
内外转子全啮合 · 三工作腔协同 · 无滑片无接触 · 连续压缩
传统滚动转子压缩机存在滑片磨损、余隙容积大、泄漏路径长等固有瓶颈；涡旋压缩机虽效率高，但型线加工精度要求极高、制造成本居高不下。 在能效升级与环保冷媒替代的行业趋势下，市场迫切需要一种兼具高效、可靠、低成本的新型容积式压缩技术。
啮星压缩机采用内外转子全啮合隔离三工作腔设计，通过内转子带动外转子偏心回转实现容积周期性变化，完成吸气—压缩—排气全过程， 为压缩机行业技术突破提供了全新方向。
啮星压缩机由内转子（主动）、外转子（从动）及前后端盖组成。内转子由曲轴直接驱动，带动外转子偏心回转， 两者保持固定转速比且无接触——转子间间隙由润滑油填充并传导力矩。内外转子的啮合面将月牙形空间分隔为三个工作腔， 随转子旋转，各腔容积周期性变化，连续完成吸气、压缩、排气三个阶段。
①
工作腔容积增大，腔内压力低于进口压力，工质在压差下充入
工作腔封闭后容积持续缩小，气体被强制压缩，压力温度升高
腔内压力超过排气阀背压时阀门开启，高压气体排出
三腔交替工作 → 连续压缩无间歇 · 压力峰相位错开 → 气流脉动低 · 无滑片无余隙 → 回流损失小
取消滑片与弹簧，仅由内外转子+端盖组成，摩擦副极少，运动部件数量大幅削减。
转子间设间隙无接触，润滑油传导力矩，从根本上杜绝机械摩擦，延长使用寿命。
三工作腔交替工作，压力峰相位错开，力矩互补抵消，实现低振动、低噪声运行。
理论上无余隙容积，减少回流损失；啮合间隙小，容积效率与绝热效率显著优于传统机型。
基于包络线共轭原理生成内外转子型线，以帕累托多目标优化（NSGA-II）平衡流量最大化与扭矩分配最小化，12 组参数验证，最优解 λ=1.5/σ=1.8。
五段式分区设计（AB/BC/CD/EF/FG），实现吸气容积最大化、压比精准匹配与全工况防回流，吸气效率 ≥95%。
构建工作腔几何模型、两相泄漏模型与多孔介质耦合仿真框架，6 工况点全覆盖（1440–5760rpm），量化压力/温度/流量动态特性。
建立转子-轴承-曲轴动力学模型，分析受力与扭矩分配，优化功率传递路径，避免逆向循环，降低摩擦损耗。
无滑片无接触结构设计，专用油路系统保障润滑密封协同，容积利用率提高 10%，变工况适应性强。
对比同排量传统机型振噪水平，优化排气消声结构；建立两相流模型分析喷油参数与压力脉动影响。
往复压缩机设计计算软件是西安交通大学压缩机工程系开发的专用工程软件。该软件面向往复压缩机的设计开发全流程，涵盖热力计算、动力计算、结构选型、强度校核等核心环节，旨在将传统依赖手工和经验的设计流程数字化、自动化，显著提升设计效率与计算精度。
从 2012 年至今，软件经历了三次重大迭代，从单机桌面应用逐步发展为功能全面的现代计算平台：
热力计算是整个设计的基础，用于确定各级热力参数，包括活塞速度、功率、流量、温度、效率等关键指标。
绝热指数 k：单原子气体 k=1.667，双原子 k=1.4，三原子 k=1.333；混合气体按体积百分数加权计算。
膨胀过程指数 m：根据吸气压力分段确定（p<0.1471 MPa 时 m=1.4，p>2.942 MPa 时 m=1.4，中间区间线性递增）。
定压比热 Cp：支持 59 种工质组分及 5 种混合物，按质量百分数加权计算混合气体比热。
支持等压比分配与用户指定各级排气压力两种模式。等压比分配按总压比开 n 次方均分至各级，同时考虑吸排气压力损失修正。
选定气缸后，根据实际行程容积进行复算。通过容积系数 λv 修正各级吸气压力，迭代至各级常数 Ci 的最大/最小值之比 ≥0.97 时收敛，输出复算排气量、轴功率及排气温度。
动力计算用于分析压缩机运行中的受力特性，包括往复惯性力、摩擦力、气体力、综合活塞力、切向力、法向力及飞轮矩等参数。
I = −mp · rω²(cosθ + λcos2θ)，其中 mp = ms + 0.35md（活塞组件质量 + 连杆折算质量）。
分轴侧与盖侧，按压缩/膨胀/吸气/排气四个过程，根据活塞位移和余隙容积折合长度逐角度计算。
Pt = I ± Ff − Pg + Pz，向轴行程摩擦力取正，向盖行程取负。
通过切向力合成曲线与平均切向力求最大剩余功 L，GD² = 3600L / (n²δ)，δ 根据驱动方式选取。
软件内置 18 种压缩机构型（含 2Z、3Z、2D、L、4M 等典型型式），各型式默认曲柄错角与气缸夹角如下（部分示例）：
各列切向力以第一列为基准，按落后角 β = 曲柄错角 − 气缸夹角叠加合成，并计入旋转摩擦力。
根据气体入口温度（上级排气温度）、出口温度（下级吸气温度）、质量流量及冷却水参数，按逆流温差公式计算换热温差，输出所需换热面积与冷却水流量。
完成初步热力计算后，进入结构选择环节：
机架选择：支持自动选择（软件根据热力计算结果匹配最优机架）或用户手动选择。机架参数含列数、连杆长度、活塞杆直径、最大综合活塞力、最大转速、额定功率等。
电机选型：根据计算功率及用户设定转速选择电动机。
气缸选择：根据计算气缸直径 D₀ 选择气缸，支持数据库选择、自动匹配或用户自定义。气缸可自动选择或用户定义。
惯性力平衡设置：设置往复质量（活塞组质量，不含连杆质量）。
设计完成后，软件支持对关键零部件进行强度校核，确保结构安全性。
逐拐校验，输入材料、安全系数（推荐 3.5~5）、截面参数（矩形/椭圆曲柄截面、圆形曲柄销截面），输出各截面安全系数曲线。
在交变应力下计算最小强度储备，以安全系数形式输出，验证曲轴在反复载荷下的疲劳寿命。
分三部分校核：连杆杆体（工字型/圆形截面）、连杆大头（A-A、B-B 截面）、连杆小头（C-C、D-D、E-E 截面）。
最新版本基于 MATLAB App Runtime 开发，调试环境为 Windows 11，提供三个独立的计算入口：
输出格式：三个模块均支持完整输出 txt 格式文件，格式与甲方附件要求一致。
介质支持：59 种工质组分 + 5 种混合物（后续沟通补充），覆盖空气、天然气及各类工业气体。
构型扩展：18 种标准构型 + 后续沟通的 6 级 6 列构型 + 平衡容积计算。
2013 年推出的 Web 版在线设计系统，采用 B/S 架构，支持多用户协同工作，主要功能区包括：
软件内置完整的国际单位制（SI）与英制单位双向换算体系，覆盖压缩机设计所需的全部物理量：
MPa / kPa / Bar / Psi / kg/cm²
m³/h · m³/min · MMSCFD · MMSMD · MSCMD
℃ / K / °F / °R
kW / HP（马力）
m / cm / in
N / kN / Lb / KIP · N·m / kN·m / ft·lb
往复压缩机设计计算软件经过十余年迭代，已形成覆盖热力计算 → 结构选型 → 动力计算 → 强度校核全流程的专业工具体系。最新版 Expert-TCS 2025 聚焦计算核心能力，以 18 种构型、59 种介质的广覆盖，配合热动力复合计算、设计简算和单列动力计算三大模块，满足从初期方案快速评估到详细设计复算校核的多层次需求。
